Проектирование железобетонных конструкций многоэтажного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: "Строительные конструкции"



Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Расчет плиты

3. Расчет ригеля

4. Расчет колонны

5. Расчет фундамента

Заключение

Список литературы



Введение

Железобетон - сочетание бетона и стальной арматуры, монолитно соединённых и совместно работающих в конструкции.

Основа взаимодействия бетона и арматуры - наличие сцепления между ними. Изобретению железобетона предшествовало открытие цемента - особого вяжущего вещества, способного затвердевать после добавления к нему воды.

В 1796 году англичанин Паркер путем обжига смеси глины и извести получил романцемент - первую в истории марку цемента. В последующие годы были открыты новые рецепты получения цемента. Смешанный в определенных пропорциях с гравием, песком и водой цемент образовывал бетон. Благодаря своим пластическим свойствам (сырой его массе можно придать любую форму, которая потом сохранялась после застывания) бетон в первой половине XIX века широко вошел в употребление при строительных работах. Конструкции из бетона обладали высокой прочностью на сжатие, огнестойкостью, водостойкостью, жесткостью и долговечностью. Но они, как и любой камень, плохо выдерживали нагрузку на растяжение, поэтому их использование было достаточно ограниченным.

Хорошей совместной работе бетона и арматуры способствует удачное сочетание 3 физических факторов:

1. Надежное сцепление между бетоном и арматурой.

2. Практически одинаковые значения коэффициентов линейного температурного расширения (около 10-5).

3. Защита от коррозии и огня, которую создает для арматуры плотный (с достаточным содержанием цемента) бетон.

Железобетонные конструкции являются базой современного индустриального строительства. Из железобетона возводят промышленные одноэтажные и многоэтажные здания, гражданские здания различного назначения, в том числе жилые дома, сельскохозяйственные здания различного назначения. Железобетон широко применяют при возведении силосов, бункеров, резервуаров, дымовых труб и т.д.



1. Исходные данные

Длина здания, м - 48 м.

Ширина здания, м - 18 м.

Высота этажа, м - 6 м.

Количество этажей - 4.

Временно нормативная нагрузка Vn, кН/м2:

длительно действующая Vln= 6 кН/м2;

кратковременная V0n= 4 кН/м2;

Район строительства - г. Саратов.

2. Расчет плиты

Порядок расчета преднапряженной пустотной плиты покрытия по I группе предельных состояний прочности.

Многопустотная панель номинальной ширины 1500 мм, размером по верху B_f=1190 мм. Номинальный пролет 6000 мм. Расчетный пролет l=5400 мм.

Расчет нагрузок на 1 м ² покрытия приведен в табл. 1.

Таблица 1. Нагрузка на 1 м2 панели, кН

Наименование нагрузок	Формула подсчета h * p	Нагрузка на 1 м
		Нормативная Н/м 2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная кН/м
Постоянная нагрузка: собственный вес, многопустотной плиты с круглыми пустотами	-	2880	1,1	3168
Слой цементного раствора h=20мм, p=2200кг/м 3	0,02*22*1000= 440	440	1,3	570
Керамическая плитка толщиной h=13мм, p=1800кг/м 3	0,013*18*1000= =240	240	1,1	264
Итого	-	3560	-	4002
Временная нагрузка: В том числе: длительная, кратковременная	- - -	6880 2880 4000	1,2 1,2 1,2	8256 3456 4800
Полная нагрузка В том числе: постоянная и длительная кратковременная	- 3560+2880 -	10530 6440 4000	- - -	12258 - -

Конструкции разрабатываются для зданий II класса ответственности, поэтому коэффициент надежности по назначению здания: уп = 0,95.

Расчетная нагрузка на 1м при ширине плиты 1,2м с учетом коэффициента надежности по назначению здания yn=0,95:

Постоянная g=4,002*1,2*0,95=4,6кН/м; полная g+v=12,258*1,2*0,95=14кН/м; v=8,256*1,2*0,95=9,4 кН/м.

Нормативная нагрузка на 1м: постоянная g=3,56*1,2*0,95=4,1 кН/м; полная g+v=10,53*1,2*0,95=12 кН/м; в том числе постоянная и длительная v=6,44*1,2*0,95=7,3 кН/м.

Расчетный пролет: 6-1.2/2=5.4.

Усилия от расчетных и нормативных нагрузок:

От расчетной нагрузки:

М=(g+v)l₀²/8=14*5,4²/8= 52кН*м.

Q=(g+v)l₀/2=14*5,4/2= 38кН.

От нормативной полной нагрузки:

М=(g+v)l₀²/8=12*5,4²/8= 44кН*м.

Q=(g+v)l₀/2=12*5,4/2= 33кН.

От нормативной постоянной и длительной нагрузок:

М=v*l₀²/8=7,3*5,4²/8= 27 кН*м.

Установление размеров сечения плиты:

b = b_f'-n*159=1190-6*159 = 236 мм.

h₀ = h_п - a_s = 220-30 = 190 мм.

Характеристики прочности бетона и арматуры:

Для армирования применяется арматура:

А 500 Rsn=18,5 МПа Rs=510 МПа Rsc=390 Мпа.

А 400 Rsn=390 МПа Rs=365 МПа Rsc=365 Мпа.

Класс бетона B25.

Rb =14.5 МПа Rbn=18.5 МПа Rbt=1.05 МПа.

Определение положения нейтральной оси:

.

М_с>M 90,6 > 52.

Нейтральная ось проходит в пределах сжатой зоны.

Площадь бетона сжатой зоны

Расчет прочности плиты по сечению, нормальному к продольной оси, М=52кН*м.

.

= 0,09 (из табл. 2.12 стр. 91 [2] в зависимости от А ₀)

.

Высота сжатой зоны бетона 1,71 < 3 - нейтральная ось проходит в пределах сжатой полки.

.

Приращение преднапряжения.

Граничная высота сжатой зоны.

,

где характеристика сжатой зоны бетона -

для тяжелого бетона

.

Определяем площадь сечения растянутой арматуры

.

Для армирования ребер принимаем 9 стер

Рассчитываем по прочности сечения наклонной перед оси элемента (сечения таврового в жатой зоне).

Определения коэффициента, влияющего на сжатие балок с тавровым сечением:

Определение коэффициента учитывающих влияния предельных продольных сил:

,

где

.

.

Выясняем необходимость постановки по расчету поперечной арматуры, исходя из минимального значения при:

,

принимая для тяжелого бетона

где .

.

.

Следовательно, поперечной арматуры по расчету не требуется - она принимается конструктивно, по СНиП при высоте ребра h<450 мм, принимаем шаг хомутов S1 = 125мм, но не более 150 мм.

Расчет преднапряженной многопустотной плиты перекрытия по второй группы предельных состояний.

Определения геометрических характеристик. Геометрические характеристики:

.

.

.

Статистический момент:

.

Определить момент инерции приведенного сечения элемента относительно его центра тяжести:

.

e=(h-y)-h/2=(22-3,8)-22/2=7,2 cм.

e₁=y-a_e=1,8 cм.

Определение момента сопротивления приведенного сечения элемента для крайней растянутого волокна

.

Для крайне сжатого волокна:

.

Напряжение в бетоне сжатой зоны:

После подстановки соответствующих значений получим:

Далее находим коэффициент:

по СНиП принимается ц=1.

.

Момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна с учетом неупругих деформаций можно принять:

.

Где при тавровом сечении k=1,75.

Потери предварительного напряжения в арматуре:

.

.

Первые потери:

Потеря от релаксации напряжения в арматуре:

.

Потеря от перепада температуры при:

.

Деформация анкеров и трение об огибающие устройства отсутствуют:

Потери от деформаций стальных ферм принимаем по СНиП:

.

Для упрощения расчета напряжения в бетоне находят без учета влияния массы конструкций.

.

.

Потеря от быстро натекающей ползучести:

.

Вторые потери:

Потеря от усадки бетона(по СНиП):

Потеря от ползучести бетона:

.

Усилия в перенапряжённой арматуре с учетом всех потерь:

.

Напряжение в верхнем волокне бетона от силы обжатия:

.

Момент трещиностойкости внутренних усилий находим по формуле:

.

Значение М_ф определяется при расчете по образованию трещин в зоне сечения, растянутой от действия усилия предварительного обжатия по формуле:

.

.

.

Расчет по деформациям изгибаемых элементов постоянного сечения не производят, если выполняется условие

- граничное отношение пролета к рабочей высоте сечения, ниже которого проверки прогиба не требуются.

Значения принимаются по числителю при армировании элементов стержневой арматурой по табл. 2.

Найдем и сравним с принятой величиной по проекту:

.

.

По интерполяции по табл. 2 =25>l/h_o=540/19=28,4. Следовательно, нужно проводить расчет по деформациям f/1<l/200/.

Таблица 2. Граничные отношения Х,_ф для тавровых сечений с полкой в сжатой зоне

	Значение
	0,02	0,04	0,07	0,10
0,6	35/25	25/16	17/8	10/8
0,8	40/27	30/18	19/9	12/8
1,0	45/30	35/19	21/9	12/10

3. Расчет ригеля

Расчёт ригеля среднего пролёта по первой группе предельных состояний.

Для рамного каркаса пролетом высота ригеля принимается, ригель прямоугольного сечения размерами 600x300 мм.

Расчет нагрузок на 1 м ригеля приведен в табл. 2.

Таблица 2. Нагрузка на один метр ригеля

Наименование нагрузок	Формула подсчета	Нормативная нагрузка кН/м	Коэффициент надежности	Расчетная нагрузка кН/м
Собственная масса панели, пола, перегородок	3,6х 6	21,6	1,1	23,76
Временная нагрузка (снеговая)	7x6	42	1,2	50,4
Собственная масса ригеля	0,3x0,6x2500x10-2	6	1,1	6,6
Итого:		69,6		80,76

Ригель с пролетом 6 м выполняется с обычной ненапряженной арматурой. Сечение колонн, входящих в раму, принимается 30x30 см.

Моменты инерции сечений без учета арматуры:

.

Жесткость элементов при одном классе бетона В 30: .

.

.

Погонная жесткость ригеля:

.

Моменты инерции без учета арматуры показаны на рисунке 5:

Расчетная длина:

а) Расстояние от низа ригеля над первым этажом до верха фундамента:

.

б) Расстояние от верха нижерасположенного ригеля до низа вышерасположенного ригеля:

.

Погонная жесткость колонны нижнего этажа:

.

Погонная жесткость колонны второго этажа:

.

Соотношение погонных жесткостей:

.

Опорные моменты на ригелях в узлах рамы (по абсолютной величине) приведены в таблице 3. плита ригель колонна фундамент

Таблица 3

	М 12	М 21	М 23
0,5	0,3	0,099	0,092
1	0,044	0,097	0,088
2	0,057	0,094	0,086
3	0,063	0,092	0,085
5	0,069	0,090	0,089

Таблица 4. Опорные моменты на ригелях в узлах рамы (по абсолютной величине)

от расчетных нагрузок
от нормативных нагрузок

Опорные реакции и изгибающие моменты в пролетах находят известным методом строительной механики.

Опорные реакции в первом и втором пролетах:

.

От расчетных нагрузок:

.

.

.

От нормативных нагрузок:

.

.

.

Изгибающие моменты в пролетах:

От расчетных нагрузок:

.

.

.

.

От нормативных нагрузок:

.

.

.

.

Изгибающие моменты:

а) В узле I:

.

.

б) В узле II:

.

.

В месте заделки колонн в фундамент:

а) в крайней колонне:

.

б) в средней колонне:

.

Расчетные значения опорных моментов находим у грани опор:

а) узел I:

От расчетных нагрузок:

.

От нормативных нагрузок:

.

б) узел II:

От расчетных нагрузок:

.

.

От нормативных нагрузок:

.

.

Поперечные силы в ригеле у грани колонн:

От расчетных нагрузок:

.

.

.

От нормативных нагрузок:

.

.

.

Расчетные значения усилий сведены в табл. 4 с учетом коэффициента степени ответственности здания .

Таблица 5.1 Таблица усилий в рамном каркасе: а) в ригеле

Опорные моменты у грани колонн,	Пролетные моменты,	Опорные реакции у грани колонн,
от расчетных нагрузок
67,03	219,1	204,1	160,8	84,9	203,01	257,3	230,16
от нормативных нагрузок
57,8	181,7	169,8	138,8	153,4	175	221,7	198,3

Таблица 5.2 Таблица усилий в рамном каркасе: б) в стойках (от расчетных нагрузок)

						-	-
61,7	45,2	12,6	9,2	22,5	4,6	-	-

Принимаем класс бетона В 30: .

Продольная арматура класса А 500 (А-IV): .

Поперечная арматура класса А 400 (А-III): .

.

.

.

.

.

.

.

Для армирования принимаем 3 стержней d=20 мм с A_s = 9,41 см ²; 3 стержней d=14 мм с A_s = 4,62 см ²;

Расчет по прочности сечения наклонного к продольной оси элемента. Выясняется необходимость установки по расчету поперечной арматуры:

.

.

При высоте балки по требованию СНиП расстояние между хомутами .

.

Проверяем достаточность принятой поперечной арматуры:

.

Таким образом, ригель армируется двумя плоскими каркасами с поперечной арматурой A-I Ш8 мм из (А 400).

Минимальное значение проекции наклонной трещины:

,

принято .

.

класс и диаметр арматуры выбраны правильно.

Расчёт по второй группе предельных состояний трещиностойкости ригеля. Геометрические характеристики поперечного сечения:

.

Для упрощения расчёта принимаем:

,

где

При коэффициенте армирования влияние сопротивления арматуры А_s, связанное с усадкой бетона, не учитывают.

Тогда

По упрощенной формуле:

.

где =1,0; =1,6-15=1,51; = 1; d =20 мм.

После подстановки в уравнение соответствующих значений получаем, что 0,17мм < 0,3 мм.



4. Расчет колонны

Расчет средних стоек первого этажа. Здание 4^Х-этажное с сеткой колонн 6x6 м. Снеговая нагрузка 4-го района: , при коэффициенте надежности .

Схема подсчета нагрузок на стойку на уровне низа перекрытия над первым этажом приведена в табл. 6.

Таблица 6. Подсчет нагрузок на среднюю стойку, кН

Наименование нагрузок	Нормативная нагрузка кН/м	Расчетная нагрузка кН/м
Собственная масса конструкций перекрытий, покрытия и ригелей	(21,6+21,6)х 6х 4 = 1037	1140
Собственная масса стоек 0,4x0,5x4,8x4x25	96	105,6
Эксплуатационная нагрузка на перекрытиях	7*6*6 = 252	302
Снеговая нагрузка	1,8*0,7*6*6 = 45,4	55
Итого:	1420,8	1592,5

Усилия в стойке на уровне низа перекрытия:

, .

.

Расчет можно производить по упрощенному методу, т.е., как условно центрально сжатых конструкций. Учитывая некоторую условность предпосылок к расчету, коэффициента в расчет не вводим.

Стойка имеет унифицированные размеры поперечного сечения - 40x40 см, гибкость . m = 1,0 Для ориентировочного расчета принимаем арматуру класса A-III, , и .

Из формулы:

,

где A_B - площадь бетона, принимаемая равной 40x40 = 1600 см²;

А_S - площадь арматуры, принимаемая для 4d20 и равная 12,56 см^2.

.

Усилие, воспринимаемое колонной:

Колонна армируется двумя каркасами плоскими, объединёнными в один пространственный каркас. Поперечная арматура из проволоки 10 мм класса А - 400, шаг хомутов S = 400 мм.

5. Расчет фундамента

Столбчатый (отдельный) фундамент. Усилия на уровне верха фундамента. Площадь подошвы фундамента принято на практике рассчитывать на воздействие нормативных нагрузок (см. табл. 5).

Ориентировочные размеры подошвы 3x3 м, высота фундамента -1,5 м.

.

Площадь подошвы фундамента:

,

где расчетное сопротивление грунта , средняя плотность фундамента и грунта на его обрезах , расстояние от уровня планированной отметки (пола первого этажа) .

.

Размер фундамента в плане: … м.

Принимаем подошву фундамента размерами …2,7х 2,7 м.

Полезная высота фундамента:

,

где , при классе бетона В 15: R_B = 8,5 МПа, R_{B t} = 0,75 МПа.

Реактивное давление грунта на подошву фундамента от воздействия расчетной нагрузки, равной:

.

, где .

.

Полную высоту фундамента принимают не менее нижеследующих значений:

а) из условий продавливания: ;

б) из условия заделки колонны: ;

в) из условия анкеровки сжатой арматуры (Ш25 мм) колонны класса А-III в бетоне класса В 30.

.

Изгибающий момент от реактивного давления грунта у грани колонны:

Подставляя в уравнение значения составляющих:

.

у грани второго обреза фундамента:

.

у грани третьего обреза:

.

Площадь арматуры на всю ширину (или В) находят по формулам:

=468,1/(0,9*143*0,1*365)=9,6 см².

=170,8/(0,9*53*0,1*365)= 8,7см².

=58,7/(0,9*23*0,1*365)= 7,7 см².

По результатам подсчета принимаем =9,6 см².

.

Во взаимно перпендикулярном направлении принимают то же количество арматуры с шагом S < 400 мм из 24 продольных и поперечных стержней с d=12 мм с из А-400.

.

Реактивное давление на этом участке шириной 1,0 см:

.

Высота нижней ступени достаточная без поперечной арматуры.



Заключение

В данной пояснительной записке курсового проекта рассмотрено проектирование строительных конструкций многоэтажного здания.

Имеется расчет четырехэтажного здания и его элементов (плиты, ригеля, колонн и фундамента).



Список литературы

1. Байков В.Н., Сигалов Э.И. Железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат.

2. Строительные конструкции "Методические указания к курсовому проектированию для студентов специальности 2906".

3. Строительные конструкции: Учеб для вузов/ И.Г. Иванов-Дятлов, И.П. Дятлов - 2-е изд, перераб и доп. - М.: Высш. Шк., 2010-543 с. Ил.

4. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 2014. - 672 с., ил.

5. Шерешевский И.А. Конструирование гражданских зданий. Учеб. пособие для техникумов. Самара. - ООО "Прогресс", 2014. - 176 с.

Размещено на Allbest.ru

...